耳帶式設備和真正的無線身歷聲耳機變得越來越流行,但還沒有開發出它們全部的潛能。這些小設備可以改變人們與周圍環境的互動方式,增強日常生活中人們的聽覺感觀,娛樂性和安全性。市場上早已經出現了具備無線音樂體驗的產品。隨著越來越多的設備正在使用語音啟動,從家用電器到運動相機——這些小耳塞式耳機也是如此,同時語音互動介面的智慧性也在不斷增加。然而,缺乏標準化和多種技術的無縫整合需求仍然阻礙這個市場的發展。

20171221NT01P1 耳帶式設備變得無處不在,但是它們的全部潛能還有待開發。(圖片來源:Sony Mobile)

從降噪到增強現實應用的語音增強技術

智慧耳塞使用戶可以結合數位內容和周圍環境,並且脫離手持式設備的束縛,從而獲得一個更加豐富的體驗感受。智慧耳塞可以用來隔離、放大或抑制真實環境裡的聲音,例如深度學習驅動的聲音隔離可以讓人們在嘈雜的環境中輕鬆交談。智慧耳塞也可以改善噪音環境的安全狀況,比如在建築工地有選擇地減少有害的雜訊,同時保留其他聲音可以被聽到。現有的技術已經可以讓用戶完全控制輸入什麼樣的外部噪音,以及它們的響度。

為了完成上述功能,智慧耳塞採用多種技術優化用戶的音訊體驗,包括:

**˙被動降噪(Passive noise reduction)**使用物理材料隔離外界和用戶的耳朵; **˙主動降噪(Active noise cancellation)**可傾聽外部雜訊,並生成一個反相聲波,從而消除了用戶耳朵裡的外部雜訊; **˙回聲消除(Acoustic echo cancellation)**允許設備消掉自身產生的聲波,避免回聲重返內置的麥克風,並允許接收用戶的語音命令; **˙自適應波束成形(Adaptive beamforming)**使用一組麥克風陣列來確定語音訊號的來源方位,進而抵消來自其他方向的聲音; **˙定位音訊(Positional audio)**使用心理聲學產生的錯覺指定聲音是來自一個特定的方向,就像在用戶的前面或者後面。在耳機裡定位音訊可以用於生成虛擬環繞身歷聲(irtual surround),只需要使用兩個聽筒就可以生產環繞聲音。

另外,聲音的品質可以通過低音增強(bass boost)技術進一步提高,幫助用戶耳朵裡小小的揚聲器提供如同更大的揚聲器系統一般優質的性能。

除了聲音增強,還可以透過添加聲音增強現實和聲音感測技術進一步增強用戶體驗。聲音增強現實(Augmented sound reality) 結合了數位聲音(如通知或定位資訊公告)與實際用戶的聲音環境;聲音傳感(Sound sensing)則使用人工智慧(AI)識別聲音。用戶可以自定義對特定聲音的反應。例如,用戶可以對可能構成威脅的聲音設置警報,比如警報器、汽車鳴笛或狗叫聲。

20171221NT01P2 結合物理和數位聲音加上智慧處理創建一個全新的音訊體驗。(圖片來源:Nuheara)

耳朵裡的虛擬助手

耳帶式設備不僅僅用來聽聲音,透過整合語音啟動技術,耳塞可以作為入口連接任何基於雲端的虛擬助手,如Alexa、Siri、Google助手或者 Cortana。持續傾聽設備變得無處不在,從家庭智慧音響到智慧型手機,都可以利用語音進行控制。

有了入耳式設備,可以隨時隨地獲取資訊,不需要拿出電話或者轉移視線。這就是特別需要整合always-on技術的原因。一些特別流行的智慧音箱例如Amazon Echo和Google Home採用了這一技術,在某種程度上可以方便使用,一個簡單的語音命令是需要的唯一介面。

另一方面,耳帶式設備如蘋果(Apple)AirPods則需要在發出語音命令之前手動輕敲一下。大部分情況下這可能是微不足道的,但是當用戶的手被其他事情佔用,比如開車、切沙拉、或者爬山,小小的動作就會變得很不一樣。一旦用戶的手是必需的,它就阻礙了自然簡單的互動,此時語音啟動助理就非常有用了。

耳帶式設備最大缺點是電池壽命短

智慧耳塞的最大挑戰之一是整合化。上面列出的所有技術要求軟體、硬體,以及複雜的聲學專業知識。加劇這一挑戰的因素包括這類設備通常設計的極其微小,為了使設備盡可能的被忽略不計和不引人注目,這就對尺寸和效率設定了嚴重限制。

20171221NT01P3 耳帶式設備結合了很多技術,需要高效地整合到一個很小的封裝裡。(圖片來源:Bragi)

上述特性都被封裝在一個簡潔的外殼中,可以舒適地貼合耳朵,這肯定會帶來巨大的成功與大眾市場的吸引力…除非幾個小時內就耗盡了電池。為了方便,耳帶式設備必須在無需充電的條件下工作一天或者更長時間。如果不確定,可以查看都卜勒實驗室(Doppler Labs)必須關閉的原因,儘管他們技術很神奇。

今天,經典藍牙A2DP是無線音訊設備最為普及的連接協議,但是它有一些局限性,最嚴重的問題是電量消耗,特別是對通常只有一個小電池的耳帶式設備而言——大部分的耳帶式設備支撐不到三個小時就需要充電了。透過藍牙低功耗(BLE)傳輸音訊流可以大大降低功耗,從而允許設備維持一整天甚至更久。

當前低功耗藍牙音訊(audio-over-BLE)還沒有標準化,一些公司還持有專利技術。一旦藍牙技術聯盟(SIG)為低功耗藍牙音訊制定了標準化的協議,這將使多個供應商可以提供電量持續一天的設備,從而將推動整個市場向前發展,激發耳帶式設備和智慧耳塞市場的全部潛能。